生物質(zhì)秸稈成型機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、生物質(zhì)秸稈成型機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘要：生物質(zhì)壓縮成型燃料可廣泛用于各種類型的家庭取暖爐（包括壁爐）、小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐，也可用于小型發(fā)電設(shè)施，是我國充分利用秸稈等生物質(zhì)資源替代煤炭的重要途徑，具有良好的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)外最常見的成型機(jī)技術(shù)主要包括三大類：螺旋擠壓技術(shù)、活塞沖壓技術(shù)和壓滾式成型技術(shù)。根據(jù)主要工藝特征，成型工藝可分為濕壓成型、熱壓成型和炭化成型三種基本類型。本課題是針對壓滾式成型技術(shù)，將原有機(jī)電傳動改為機(jī)電液傳動，流量控制轉(zhuǎn)速，簡化了機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)，并能實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，提高了生產(chǎn)效率，消除成型機(jī)被物料堵住的卡機(jī)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動保護(hù)的功能。 關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；壓

2、縮成型；秸稈；多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì) Multi - objective Optimization Design of Biomass Straw Forming Machine Abstract: Biomass compression molding fuels can be widely used in various types of home heating furnaces (including fireplaces), small hot water boilers, hot blast stoves and small power generation faci

3、lities. It is the best way to replace coal with biomass resources such as straw in China. An important way, with good prospects for development. At present, the most common molding machine technology at home and abroad mainly include three categories: screw extrusion technology, piston punching tech

4、nology and pressure roll forming technology. According to the main process characteristics, molding process can be divided into wet pressing, hot pressing and carbonization forming three basic types. This subject is for the roll-forming technology, the original mechanical and electrical transmission

5、 to mechanical and electrical hydraulic transmission, flow control speed, simplifying the mechanical speed control system, and can achieve low-speed high torque, improve production efficiency, eliminating the machine was Material blocking card machine phenomenon, to achieve the automatic protection

6、function of the device. Key words: Biomass; Compression molding; Straw; Multiobjective optimization design 目 錄 第1章　緒 論 1 1.1 引言 1 1.2 生物質(zhì)能利用技術(shù) 2 1.3 國外生物質(zhì)能開發(fā)利用概況 4 1.3.1 美國 4 1.3.2 巴西 4 1.3.3 歐洲 5 1.3.4 印度 5 1.4 我國生物質(zhì)能開發(fā)利用現(xiàn)狀 5 第2章　生物質(zhì)秸稈成型機(jī)及生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù) 8 2.1 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)概念與原理

7、8 2.1.1 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)原理 9 2.1.2 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)工藝 9 2.2生物質(zhì)秸稈成型機(jī)概述 10 2.2 發(fā)展歷史 11 2.3 固體生物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 12 2.4 生物質(zhì)壓縮成型原理 12 2.5 壓縮成型工藝類型及階段 13 2.6 生物質(zhì)壓縮成型工藝流程 17 第3章　成型機(jī)技術(shù) 20 3.1 螺旋擠壓成型機(jī) 20 3.2 活塞壓力式成型技術(shù) 24 3.3 壓輥式成型機(jī) 24 第4章　生物質(zhì)秸稈成型機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì) 26 4.1 成型機(jī)類別選擇與組成 26 4.1.1 成型機(jī)類別選擇 26 4.1.2 成型機(jī)

8、的組成 26 4.1.3 成型機(jī)結(jié)構(gòu) 27 4.2　液壓傳動系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì) 27 4.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的選擇 30 4.2.2 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 4.3　液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及元件選定 33 4.3.1 執(zhí)行元件的選定 33 4.3.2 動力元件的選定 35 4.3.3 電機(jī)的選定 37 4.3.4 油箱容量的確定 38 4.3.5 過濾器的選擇 38 4.3.6 油管和管接頭的確定 39 4.3.7 壓力計(jì)的選擇 39 4.3.8 閥的選擇 39 4.3.9 液壓工作介質(zhì)的選定 39 4.3.10 保護(hù)裝置的選定 39 4.3.11 離合器的選定 4

9、0 4.4　液壓系統(tǒng)主要性能驗(yàn)算 41 4.4.1 液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 41 4.4.2 液壓系統(tǒng)效率的估算 42 4.4.3 發(fā)熱溫升估算 42 參 考 文 獻(xiàn) 44 第1章　緒 論 1.1 引言 能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障。我國是世界第二大能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國。2005年一次能源生產(chǎn)總量為20.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。初步測算消費(fèi)總量為22.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。雖然我國能源儲量十分豐富，但人均能源消費(fèi)擁有量較低。水能資源和煤炭探明儲量分別居世界第一位和第三位，但人均卻僅占世界平均水平的50％左右，石油、天然氣人均儲量更是遠(yuǎn)低于世界平均水平

10、。 我國正處在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要階段，隨著人口的增長，工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源需求將大幅度上升，資源約束與需求增長過快的矛盾十分突出，能源資源短缺正成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素。我國85％的煤炭是通過直接燃燒使用的，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國二氧化硫的排放量居世界第一位，二氧化碳的排放量占世界第二位，酸雨面積占國土面積的30％，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上億元。我國國內(nèi)石油資源不足，原油產(chǎn)量不能滿足需求，進(jìn)口石油依存度不斷增大，國際石油價格波動對我國經(jīng)濟(jì)的影響亦越來越大，而世界石油資源爭奪日益激烈。我國對海上石油運(yùn)輸通道的控制能力薄弱，過分依

11、賴中東和非洲地區(qū)的石油和單一的海上運(yùn)輸路線，使我國石油進(jìn)口的脆弱性更加凸顯。因此，無論從能源資源的結(jié)構(gòu)性短缺上，還是從經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求來考慮，我國都不能再延續(xù)過去資源耗竭性的發(fā)展模式了，在能源開發(fā)和利用方面必須堅(jiān)持把節(jié)約放在首位，積極開發(fā)包括生物質(zhì)能在內(nèi)的新能源和可再生能源。 生物質(zhì)能在歷史長河中與人類生活密切相關(guān)，一直是人類社會賴以生存的重要能源資源，是僅次于石油、煤炭和天然氣而位居世界第四大能源。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式儲存在生物質(zhì)中的能量形式。以生物質(zhì)為載體的能量具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)燃料、液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料，

12、永續(xù)利用。生物質(zhì)能的載體——生物質(zhì)是以實(shí)物的形式存在的，相對于風(fēng)能、水能、太陽能和潮汐能等能源，生物質(zhì)能是可存儲和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?。生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)與常規(guī)的化石燃料相似，它的利用方式也與化石燃料類似。常規(guī)能源的利用技術(shù)無需做大的改動，就可用于生物質(zhì)能。在整個生命周期中，生物質(zhì)二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物的排放量遠(yuǎn)低于化石能源，所以生物質(zhì)能是一種清潔能源。 我國每年產(chǎn)生約6億噸農(nóng)作物秸稈、2億噸林業(yè)廢棄物，還有6億噸畜禽糞便及大量有機(jī)廢棄物。我國可用于種植能源作物的荒山荒坡約1.1億公頃，其中荒草地資源4730萬公頃，鹽堿荒地1000萬公頃。這些廢棄物和荒土，無疑是一筆寶貴的能量資源和物質(zhì)財(cái)富

13、。據(jù)估計(jì)，我國每年可利用的生物質(zhì)能源總量約折合5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量超過6億噸，可作為能源用途的秸稈約3.5億噸（折合1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤），工業(yè)廢水和畜禽糞便理論上可以生產(chǎn)沼氣近800億立方米（相當(dāng)于5700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤），薪炭林、林業(yè)及木材加工廢棄物的資源量相當(dāng)于2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。開發(fā)利用生物質(zhì)能，不僅可以緩解我國能源短缺和環(huán)境污染等問題，而且可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于農(nóng)民收入的提高和農(nóng)村生活條件的改善。 我國在生物質(zhì)能領(lǐng)域已經(jīng)廣泛開展了研究工作，但與發(fā)達(dá)國家相比，無論在技術(shù)上還是產(chǎn)業(yè)化方面，都存在著較大的差距。例如，歐盟在生物質(zhì)能的開發(fā)與利用方面有著先進(jìn)的技術(shù)與豐富的經(jīng)驗(yàn)，其中

14、丹麥的農(nóng)作物秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)世界領(lǐng)先。2006年1月1日生效的《中華人民共和國可再生能源法》為生物質(zhì)能的發(fā)展提供了新的契機(jī)。我國可以借鑒發(fā)達(dá)國家成功的經(jīng)驗(yàn)，提出符合國情的發(fā)展戰(zhàn)略和措施，促進(jìn)我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)健康、快速、持續(xù)發(fā)展。 1.2 生物質(zhì)能利用技術(shù) 人類對生物質(zhì)能的利用已有悠久的歷史，但是在漫長的時間里，總是以直接燃燒的方式利用它的熱量。直到20世紀(jì)，特別是近一二十年，人們普遍提高了能源與環(huán)保意識，對地球固有的化石燃料日趨減少有一種危機(jī)感，在可再生能源方面尋求能源持續(xù)供給的今天，生物質(zhì)利用新技術(shù)的研究與應(yīng)用，才有了快速的發(fā)展?？v觀國內(nèi)外已有的生物質(zhì)能利用技術(shù)，大體上如圖1.1所示

15、。： 圖1.1 生物質(zhì)能利用技術(shù) 圖中各項(xiàng)生物質(zhì)能利用技術(shù)都在逐步完善和向前發(fā)展之中，隨著研究的深入、技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用的層次在逐步提高。如生物質(zhì)經(jīng)氣化得到的可燃性氣體，既可用作燃料提供熱能；還可用作發(fā)電的燃料，從內(nèi)燃機(jī)到燃?xì)廨啓C(jī)；乃至為燃料電池，氨的合成提供原料。用生物質(zhì)制取的甲醇、乙醇，可代替部分石油作內(nèi)燃機(jī)的燃料，用于交通運(yùn)輸行業(yè)中。生物質(zhì)經(jīng)干餾得到的木炭可用于有色金屬的冶煉及環(huán)保行業(yè)的吸附劑，土壤的改良劑。生物質(zhì)在厭氧條件下，被沼氣微生物分解代謝，得到含有甲烷可燃性氣體（沼氣），是民用高熱值的氣體燃料，亦可與柴油混燒作

16、內(nèi)燃機(jī)的燃料，沼渣、沼液是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，沼液還可用來浸種。如此等等，說明生物質(zhì)能利用技術(shù)正在向縱深發(fā)展，生物質(zhì)能的應(yīng)用范圍將會越來越廣闊。 1.3 國外生物質(zhì)能開發(fā)利用概況 自從1981年8月在內(nèi)羅畢召開聯(lián)合國新能源和可再生能源會議以來，許多國家對能源、環(huán)境和生態(tài)問題越來越重視，特別是利用現(xiàn)代新能源技術(shù)和新材料來開發(fā)包括生物質(zhì)能在內(nèi)的新能源，備受各國關(guān)注。目前，生物質(zhì)能的技術(shù)研究和開發(fā)利用已成為世界中大熱門課題之一，許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，如日本的陽光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、巴西的酒精能源計(jì)劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用都占有相當(dāng)大的比重。現(xiàn)在，國外有許多生物質(zhì)能利用技術(shù)

17、與設(shè)備已達(dá)到了商業(yè)化應(yīng)用的程度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營。 1.3.1 美國 生物質(zhì)能利用占一次能源消耗總量的4％左右。用生物質(zhì)能發(fā)電總裝機(jī)容量已超過10000MW， 單機(jī)容量達(dá)10～25 MW。紐約的斯塔藤垃圾處理站投資20000萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發(fā)電，同時生產(chǎn)肥料；開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精技術(shù)，建立了1 MW的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500t。STM公司是美國通用汽車公司發(fā)展斯特林發(fā)動機(jī)技術(shù)的專業(yè)公司，研制出的STM4-120發(fā)動機(jī)被美國能源部評價為世界上最先進(jìn)的斯特林發(fā)動機(jī)，可與沼氣技術(shù)或生物質(zhì)氣化技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成50KW左右的村級生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)。普林斯頓

18、大學(xué)能源與環(huán)境中心，在研制以生物質(zhì)燃?xì)鉃槿剂希l(fā)電功率為200 KW的小型燃料電池/燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)。 1.3.2 巴西 生物質(zhì)能在巴西能源利用量中約占25％左右，其中薪柴和甘蔗占生物質(zhì)能的50％～60％，其余是農(nóng)業(yè)廢棄物。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國家，實(shí)施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計(jì)劃（原料主要是甘蔗、木薯等），目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費(fèi)量的50％以上。巴西是個盛產(chǎn)甘蔗的國家，而在1965年制定了“國家森林法” 開始大量營造薪炭林，在巴西的東北部有1/3的土地（5000萬公頃）適宜營造薪炭林，在該地區(qū)的巴伊亞州，已用桉樹作原料興建了一座25MW生物發(fā)電站，并投入商業(yè)運(yùn)營，

19、以薪炭林木材作燃料的發(fā)電潛力將超過甘蔗。到2005年，巴西的生物質(zhì)發(fā)電量將可能達(dá)到600MW左右。1980年，巴西頒布了一項(xiàng)應(yīng)用植物油燃料的國家計(jì)劃，目的在于加快植物油代替柴油的進(jìn)程，重點(diǎn)利用包括蓖麻油、椰子油、可可油在內(nèi)的多種植物油，預(yù)計(jì)要替代16％～20％的柴油用量。 1.3.3 歐洲 歐洲是生物質(zhì)能開發(fā)利用非?；钴S的地區(qū)，新技術(shù)不斷出現(xiàn)，并且在較多的國家得以應(yīng)用。1991年，在瑞典瓦納茂興建了世界上第一座完成的生物質(zhì)氣化燃?xì)廨啓C(jī)/發(fā)電機(jī)-汽輪機(jī) /發(fā)電機(jī)聯(lián)合發(fā)電廠，凈發(fā)電量6MW，凈供熱量9MW，系統(tǒng)總效率達(dá)80％以上。該國用催化裂解法處理生物質(zhì)燃?xì)庵械慕褂退教幱谑澜珙I(lǐng)先地位。在芬

20、蘭，使用上流式氣化爐生產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)?，用于區(qū)域集中供熱，已達(dá)到商業(yè)化水平。該國的生物質(zhì)氣化設(shè)備制造廠在1988年前生產(chǎn)的9套設(shè)備，分別安裝在芬蘭、瑞典各地運(yùn)行。在芬蘭有世界上第一個以泥炭為原料用氣化合成氨的方法來生產(chǎn)化肥的廠家。近十多年來，歐盟開展了將木料氣化合成甲醇的研制工作，先后已有數(shù)個示范廠，德國已廣發(fā)應(yīng)用含1％～3％甲醇的混合汽油供汽車使用，在法國、捷克、瑞典。西班牙、俄羅斯等國，都在開發(fā)應(yīng)用甲醇和乙醇的液體燃料。在荷蘭、英國、比利時、希臘、葡萄牙等國，開展了用生物質(zhì)熱解法制取生物油的研究，生物油經(jīng)改性后可作液體燃料。歐洲有的國家，還利用植物油作燃料的開發(fā)和研究。英國在研究應(yīng)用基因技術(shù)改

21、良油菜品種，以期提高產(chǎn)量，并使菜籽中的脂肪酸碳鏈由18個碳原子縮短到8個左右，獲得優(yōu)質(zhì)菜籽燃油。瑞典在研究用適當(dāng)配比菜籽油和甲醇的方法，獲得生物柴油。 1.3.4 印度 印度年產(chǎn)薪柴0.284億噸左右，工業(yè)廢棄物和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物（秸稈等）年產(chǎn)2.46億噸。在發(fā)展中國家，印度的生物質(zhì)能開發(fā)利用搞得比較好，以前沼氣應(yīng)用比較多，近期生物質(zhì)壓縮成型、氣化技術(shù)等進(jìn)展顯著。生物質(zhì)氣化爐與柴油機(jī)/發(fā)電機(jī)組成的3.7KW、25 KW 、70 KW 及100 KW系統(tǒng)中，100 KW系統(tǒng)發(fā)電效率為35％。發(fā)電用于水泵、磨谷機(jī)和其他小型電氣設(shè)備，其中3.7KW發(fā)電系統(tǒng)已推廣應(yīng)用數(shù)百臺。生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)出的燃?xì)膺€用于

22、煙草、茶葉、食品、木材加工等生產(chǎn)過程中。 1.4 我國生物質(zhì)能開發(fā)利用現(xiàn)狀 早在20世紀(jì)30年代，美國就開始研究燃料壓縮成型技術(shù)并研制了螺旋式成型機(jī)，能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。日本從20世紀(jì)50年代開始從國外引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)已發(fā)展成為日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。在20世紀(jì)70年代后期，pLf歐許多多家（如芬蘭、比利時、法國、德國、意大利等）也開始重視生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型技術(shù)的研究。當(dāng)前，日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，形成了產(chǎn)業(yè)化。這些技術(shù)在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已被普遍推廣應(yīng)用。泰國、印度、菲律賓等從20世紀(jì)80年代開始也都先后研制成

23、了生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型機(jī)。我國從20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)國外技術(shù)，并致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究，目前已形成了一定的規(guī)模。我國的一些高等學(xué)校，如西北農(nóng)大、東北農(nóng)大、浙江農(nóng)大和內(nèi)蒙古農(nóng)大等都在積極開展這方面的研究工作。經(jīng)過多年的研究與試驗(yàn)，國內(nèi)部分成型設(shè)備及其配套產(chǎn)品已逐漸發(fā)展成熟。但在國產(chǎn)成型加工設(shè)備引進(jìn)及設(shè)計(jì)制造過程中，都不同程度地存在著技術(shù)及工藝方面的問題，有待于深入研究探索、試驗(yàn)開發(fā)。生物質(zhì)成型燃料在我國一些地區(qū)已開始進(jìn)行批量生產(chǎn)，并形成研究、生產(chǎn)和開發(fā)的良好勢頭，生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型技術(shù)的應(yīng)用逐步完善。 自古以來，農(nóng)牧民就直接燃燒生物質(zhì)用來做飯和取暖，直到現(xiàn)在，包括我國在內(nèi)的發(fā)

24、展中國家廣大農(nóng)村，基本上還是沿用著這種傳統(tǒng)的用能方式。舊式爐灶熱效率很低，只有10％～15％；經(jīng)過一些改革（如變?yōu)槭〔裨睿?，熱效率也沒超過25％，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。直接燃用秸稈、薪柴、干糞、野草，勞動強(qiáng)度大，不衛(wèi)生，煙熏火燎，易感染呼吸道疾病。 在一些燃料缺乏的地區(qū)，農(nóng)民極力向大自然索取，砍伐林木，割摟野草，致使森林及草原植被破壞、土壤退化、水土流失、洪澇成災(zāi)，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重惡果。在生活燃料部缺乏的某些地區(qū)，夏季忙于換茬復(fù)種倒地，在田地中焚燒大量秸稈，火焰四起，濃煙滾滾，影響了交通和人們的健康，也浪費(fèi)了資源。 改革開放以來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村對優(yōu)質(zhì)燃料的需要日益

25、迫切，1991～1998年，農(nóng)村使用液化石油氣和電炊的農(nóng)戶由1578萬戶增至4937萬戶。生物質(zhì)能傳統(tǒng)利用方式與農(nóng)村逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)展形勢很不適應(yīng)，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。城鎮(zhèn)的擴(kuò)大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的崛起，有機(jī)垃圾和有機(jī)廢水日漸增多，如不有效處理，不僅浪費(fèi)能源，也會造成環(huán)境污染。 面對上述情況，我國政府部門要求科研單位和有關(guān)組織，抓緊生物質(zhì)能新技術(shù)的研究與利用，制定了許多相關(guān)政策與規(guī)劃并付諸實(shí)施，在上下共同努力過程中，經(jīng)過20年左右的時間，我國生物質(zhì)能開發(fā)利用取得了長足的進(jìn)步： 1. 沼氣 20世紀(jì)90年代以來，我國沼氣建設(shè)一直處于穩(wěn)定發(fā)展的勢態(tài)。到1998年底，全國戶用沼氣池發(fā)

26、展到688萬個；以沼氣及沼氣發(fā)酵液、沼渣在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的直接利用為主的沼氣綜合利用技術(shù)得到迅速應(yīng)用，已達(dá)到339萬戶，其中北方的“四位一體”能源生態(tài)模式21萬戶，南方的“豬-沼-果”能源生態(tài)模式81萬戶。 2. 生物質(zhì)氣化 經(jīng)過十幾年的研究、試驗(yàn)、示范，生物質(zhì)氣化技術(shù)已基本成熟，氣化設(shè)備已有系列產(chǎn)品，產(chǎn)氣量達(dá)200～1000立方米每小時，氣化效率達(dá)70％以上。到2000年底，全國已建成秸稈氣化集中供氣站388處，有79443個農(nóng)戶用生物質(zhì)燃?xì)庾魃钊剂?，有的還用作干燥熱源和發(fā)電。以前用固定床氣化爐，以稻殼為原料進(jìn)行氣化發(fā)電，規(guī)模較小。現(xiàn)在國內(nèi)已有數(shù)處用流化床氣化爐，可以用稻殼、鋸末乃至粉

27、碎的秸稈為原料進(jìn)行氣化發(fā)電，“九五”期間氣化發(fā)電站規(guī)模達(dá)1000KW，“十五”期間將建造4000KW左右的氣化發(fā)電站。全國生物質(zhì)氣化發(fā)電站數(shù)量有望增至30個左右。 3. 薪炭林 自1981年起，我國開始有計(jì)劃地建設(shè)薪炭林，到1995年，全國累計(jì)營造薪炭林4948000平方公里；其中“六五”完成2050000平方公里；“七五”完成1833000平方公里；“八五”完成1035000平方公里。年增產(chǎn)薪柴量20000000～25000000t，對緩解農(nóng)村能源短缺起到了一定作用。 4. 生物質(zhì)壓縮成型及其他技術(shù) 我國已研制出螺旋擠壓式、活塞沖壓式和環(huán)磨滾壓式等幾種生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備，其中

28、螺旋擠壓式壓縮成型機(jī)推廣應(yīng)用較多，有關(guān)單位對擠壓螺桿的耐磨性作了較深入的研究，延長了它的使用壽命。全國現(xiàn)有生物質(zhì)壓縮成型廠35個。生物質(zhì)經(jīng)壓縮成型后可直接用作燃料，也可經(jīng)過炭化爐炭化，獲得生物炭，用于燒烤和冶金工業(yè)；還可生產(chǎn)塊狀飼料。  第2章　生物質(zhì)秸稈成型機(jī)及生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù) 2.1 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)概念與原理 生物質(zhì)壓縮成型燃料可廣泛用于各種類型的家庭取暖爐（包括壁爐）、小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐，也可用于小型發(fā)電設(shè)施，是我國充分利用秸稈等生物質(zhì)資源替代煤炭的重要途徑，具有良好的發(fā)展前景。將分布散、形體輕、儲運(yùn)困難、使用不便的纖維素生物質(zhì)，經(jīng)壓縮成型和炭化工藝，加工

29、成燃料，能提高容量和熱值，改善燃料性能，成為商品能源。這種轉(zhuǎn)換技術(shù)越來越被人們所重視。這種技術(shù)也稱作“壓縮致密成型”或“致密固化成型”。生物質(zhì)顆粒燃料是生物質(zhì)資源的重要組成部分，在可再生能源中占有非常重要的地位，其特點(diǎn)是種類多、數(shù)量大、具有可再生性等。但生物質(zhì)顆粒燃料是以散拋型、低密度的能源形式存在的，所以資源分散、能量密度低、儲運(yùn)不方便，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重地制約了生物質(zhì)顆粒燃料的大規(guī)模應(yīng)用。隨著農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物不斷增加，這些廢棄物如不合理利用，既造成環(huán)境污染，又浪費(fèi)能源。為了保護(hù)人類生存環(huán)境，緩解能源日益緊張的矛盾，對越來越多的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)的廢料加以處

30、理和應(yīng)用勢在必行。因此，生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并越來越受到人們的重視，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型技術(shù)是生物質(zhì)顆粒燃料的一種簡單、實(shí)用、高效的利用加工形式，為高效利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈提供了一條新的途徑。生物質(zhì)顆粒燃料在壓縮成型后，密度大大提高，有的可高達(dá)1.3kg/m3，能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng)。當(dāng)生物質(zhì)顆粒燃料成型后，其燃燒特性不僅能得到明顯改善，而且儲存、運(yùn)輸和使用等均很方便，并干凈衛(wèi)生。近兒年來，由于嗣家及相關(guān)部門一直在組織進(jìn)行生物質(zhì)廢棄物的清潔及利用技術(shù)的研究，隨著這些技術(shù)的日趨成熟，已經(jīng)在一定

31、范圍內(nèi)得到推廣。這些技術(shù)也是今后國家扶持發(fā)展的對象。由于生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，發(fā)展可持續(xù)生態(tài)農(nóng)業(yè)十分有利，同時具有較大的市場開發(fā)潛力，因此研究和利用生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)對我國能源優(yōu)質(zhì)高效利用和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。 2.1.1 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)原理 生物質(zhì)壓縮成型，就是將各類生物質(zhì)廢棄物，如秸稈、稻殼、鋸末、木屑等，采用機(jī)械加壓的方法，使原來分散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。生物質(zhì)顆粒燃料的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，一般占生物質(zhì)顆粒燃料成分的2/3以上。其中纖維素在木材和植物秸稈中含量一般為50%左右；木質(zhì)素在木材中

32、的含量達(dá)25%以上，在植物秸稈中占有20%左右。當(dāng)生物質(zhì)含有水分時，纖維素可結(jié)合成團(tuán)狀，施加一定的壓力后可使纖維素形成一定的形狀。含水率不同，施加壓力的大小也不等。木質(zhì)素又稱木素，在常溫下不溶于有機(jī)溶劑，木素屬非晶體，沒有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)700C～110℃時，其軟化黏合力處于增加狀態(tài)；在200℃～300℃時，軟化程度加劇以致達(dá)到液化，此時加一定壓力，可使其與纖維素緊密黏接。黏合加壓后的生物質(zhì)顆粒燃料經(jīng)過一定形狀的成型孔眼，可以形成具有固定形狀的壓縮成型棒、粒燃料。在熱壓縮成型過程中，因大部分生物質(zhì)顆粒燃料本身已具備了壓縮成型的基本條件，可不用黏結(jié)劑。由于壓縮條件、壓縮方式、壓縮對象等有

33、較大的差異，影響生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型的因素非常復(fù)雜。目前對生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型的影響因素進(jìn)行分析研究的內(nèi)容分別有原料種類及含水率、原料顆粒度、成型壓力與模具尺寸和加熱溫度等。 2.1.2 生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)工藝 生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成型工藝，從廣義上可分為常溫壓縮成型、熱壓成型、碳化成型3種形式。常溫壓縮成型常溫壓縮成型也叫濕壓成形。在常溫下將原料浸水?dāng)?shù)日或?qū)⒃蠂娝?，使其濕潤皺裂并部分降解，將其水分?jǐn)D出，加黏結(jié)劑攪拌混合均勻，然后壓縮為成型燃料。同樣，也可利用簡單的粉碎和壓縮技術(shù)，在常溫下把粉碎后的生物質(zhì)顆粒燃料壓縮成高密度成型燃料，不需加熱，這樣能耗和生產(chǎn)成本都比較低。熱壓成

34、型是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。生物質(zhì)原料在壓縮過程中加熱，使木質(zhì)素中的膠性物釋放出來，起黏結(jié)作用，同時通過高壓將粉碎的生物質(zhì)材料擠壓成型。其工藝過程包括粉碎、干燥、加熱、壓縮、冷卻。熱壓成型工藝中常采用的致密成型設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動活塞沖壓式成型機(jī)、液壓驅(qū)動活塞沖壓成型機(jī)和壓輥式顆粒成型機(jī)等幾種形式。碳化成型根據(jù)工藝流程不同，碳化成型工藝可分為先成型后碳化和先碳化后成型兩類。先碳化后成型工藝是先將生物質(zhì)原料碳化成粉粒狀木炭，然后再添加一定量的黏結(jié)劑，用壓縮成型機(jī)擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品木炭。其工藝流程包括：粉碎原料、除雜、碳化、添加黏結(jié)劑、擠壓成型和干燥。先成型后碳化

35、工藝是先用壓縮成型機(jī)將松散細(xì)碎的農(nóng)作物廢棄物壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后用碳化爐將燃料棒碳化成機(jī)制木炭。其工藝流程包括：原料粉碎、干燥、壓縮成型、碳化和冷卻。生物質(zhì)顆粒燃料作為環(huán)?？稍偕茉?，是全世界大力推廣的綠色能源。生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中可達(dá)零排放，即不排渣、無煙，也無二氧化硫等有害氣體，不污染環(huán)境，二氧化碳接近零排放，燃燒后的炭粉可作為優(yōu)質(zhì)鉀肥返田改良土壤，是減少環(huán)境污染的高效能源。我國大力倡導(dǎo)和支持生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用，加工生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的投資者，無須辦理營業(yè)執(zhí)照、無須繳納任何稅收及管理費(fèi)用，地方政府還有對生產(chǎn)加工者免費(fèi)提供生產(chǎn)場地，減免電費(fèi)，并提供資金支持和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)

36、貼等相關(guān)優(yōu)惠政策，減輕其投資負(fù)擔(dān)，讓投資者獲取更大的經(jīng)濟(jì)收益。生物質(zhì)壓縮燃料可廣泛用于人民生活、飲食服務(wù)業(yè)，它的市場非常廣闊。在我國，加快生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究與開發(fā)，利用農(nóng)村豐富的生物質(zhì)資源，開拓國際市場，必將取得可觀的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)保和社會效益。以生物質(zhì)原料壓縮成型燃料，原料來源廣泛，所需技術(shù)并不復(fù)雜，在我國農(nóng)村、城鎮(zhèn)中實(shí)行產(chǎn)業(yè)化有著廣闊的發(fā)展前景。 2.2生物質(zhì)秸稈成型機(jī)概述 該機(jī)主要用于把較松散的農(nóng)作物秸稈（如玉米秸稈、大豆秸稈、小麥秸稈、棉花秸稈、稻殼、鋸末等）在壓力、溫度、粒度、含水率適宜的條件下成型為棒狀或塊狀，以提高燃料的燃燒性能，經(jīng)該生物質(zhì)秸稈成型機(jī)生產(chǎn)出來的生物質(zhì)燃料

37、炭塊（秸稈煤）是一種新型的可再生環(huán)保型燃料，具有清潔、高熱值、高燃燒效率等特點(diǎn)，可以做為燃爐、鍋爐、發(fā)電爐的燃料，生物質(zhì)秸稈成型機(jī)采用平模塊狀與壓輪之間擠壓力和?？啄Σ亮ο嗷プ饔迷?，使物料獲得成型。在加工物料過程中無需加入任何添加劑或粘結(jié)劑。該機(jī)主要用于把較松散的農(nóng)作物秸稈（如玉米秸稈、大豆秸稈、小麥秸稈、棉花秸稈、稻殼、鋸末等）在壓力、溫度、粒度、含水率適宜的條件下成型為棒狀或塊狀，以提高燃料的燃燒性能，經(jīng)該生物質(zhì)秸稈成型機(jī)生產(chǎn)出來的生物質(zhì)燃料炭塊（秸稈煤）是一種新型的可再生環(huán)保型燃料，具有清潔、高熱值、高燃燒效率等特點(diǎn)，可以做為燃爐、鍋爐、發(fā)電爐的燃料，在部分領(lǐng)域完全可以做為煤的替代品，

38、成型后的生物質(zhì)燃料炭塊也可以經(jīng)炭化后制成炭，以滿足生產(chǎn)和生活對高品位能源的需求。生物質(zhì)秸稈成型機(jī)以農(nóng)村玉米秸稈，小麥桿，棉花秸桿，稻殼，花生殼，樹枝.樹葉.鋸末等農(nóng)作物.固體廢棄物為原料經(jīng)粉碎，加壓，增密成型的秸稈炭的全套機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備。經(jīng)生物質(zhì)秸稈成型機(jī)加工成型后的秸稈炭塊體積小，比重大，耐燃燒，便于儲存和運(yùn)輸體積僅相當(dāng)于原秸稈的1/30，是同重量秸稈的10-15倍，其密度為0.9-1.4g/m3.熱值可達(dá)到3500-5500大卡，是高揮發(fā)物的固體燃料秸稈煤炭可以代替木柴.原煤.液化氣等熱源廣泛用于生活爐灶，取暖爐，熱水鍋爐，工業(yè)鍋爐，生物質(zhì)電廠生物氣化鍋爐等。加工過的秸稈煤炭是一種新型的生

39、物質(zhì)再生能源，環(huán)保清潔，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原煤的成本和市場價格，應(yīng)用范圍極為廣泛，城市中的采暖供熱以及賓館，飯店，洗浴等行業(yè)解決了使用燃煤鍋爐不符合環(huán)保要求的難題，并解決了燃油的成本高于秸稈煤炭的十余倍之多。將超過物料用鍘草機(jī)切割或用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，其物料粒長度和含水量均在規(guī)定范圍內(nèi)；由上料機(jī)（皮帶輸送機(jī)）或人工將物料均勻送到成型機(jī)上方料口內(nèi)，進(jìn)行壓制成型即是成品。生物質(zhì)秸稈成型機(jī)從原料來源到燃料使用的流程為：物料回收→鍘切→上料自動去金屬→壓制→成型→輸出→冷卻→運(yùn)輸→小型鍋爐、民用→生物質(zhì)電廠。 2.2 發(fā)展歷史 成型燃料最早是英國一家機(jī)械工程研究所以泥煤作原料研制成的，后用于加工褐煤和精煤，

40、逐步發(fā)展到加工造紙廠的廢棄物。20世紀(jì)30年代，“螺旋式”在美國開始設(shè)計(jì)，同時，現(xiàn)代化的活塞成型機(jī)在瑞典、德國得到推廣，以鋸木為原料的燃料塊在市場上有了競爭力，50年代日本人研制出了螺旋式生物質(zhì)成型機(jī)，并逐步推廣到了中國臺灣省、泰國乃至歐洲國家和美國。50年代后又相繼產(chǎn)生了以油壓、水壓為動力的生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備，以及以機(jī)械為動力滾筒或小顆粒成型設(shè)備。 圖2.1 含水率為28％的玉米秸成型塊 圖2.2 含水率為24％的稻秸成型塊 在20世紀(jì)80年代，得到較大規(guī)模的發(fā)展，當(dāng)時由于出現(xiàn)能源危機(jī)，石油價格上漲，西歐國家、美國的木材加工廠提出用木材實(shí)現(xiàn)能源自給。因此

41、，生物質(zhì)壓縮燃料發(fā)展很快，西歐國家和日本等國已成為一種產(chǎn)業(yè)，印度和東南亞一些國家對這項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用也相當(dāng)重視。1984年，日本已有172家工廠生產(chǎn)生物質(zhì)壓縮燃料，總產(chǎn)量達(dá)26萬噸/年。 在我國，這項(xiàng)研究也得到了政府的關(guān)注和支持，在國家科技部、經(jīng)貿(mào)委、計(jì)委共同編寫的“中國新能源和可再生能源發(fā)展綱要（1996～2010）”中提出要“發(fā)展高效的直接燃燒技術(shù)、致密 成型技術(shù)、氣化液化技術(shù)”，作為今后能源工作的一個重要方面來抓。1993年前后，中國大陸的一部分企業(yè)和省農(nóng)村能源辦公室從日本、中國臺灣省、比利時、美國引進(jìn)了近20條生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產(chǎn)“炭化

42、”燃料。 近年來，一些國家還在這方面開展了國際合作，如由荷蘭政府資助的“生物質(zhì)致密化項(xiàng)目”便是有荷蘭、印度、泰國、菲律賓、馬來西亞、尼泊爾、斯里蘭卡7個國家共同參與的一個國際合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目已經(jīng)完成了第一和第二階段的研究工作，第三階段將著重進(jìn)行工程示范和技術(shù)推廣工作。 2.3 固體生物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 生物質(zhì)壓縮成型所用的原料主要有；鋸木、木屑、稻殼、秸稈等。這些纖維素生物質(zhì)細(xì)胞中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素（或稱木素），占植物體成分2/3以上。純纖維素呈白色，密度為1.50～1.56克每立方厘米，比熱容為0.32～0.33kj/（kg?K）。 半纖維素穿插于纖維素和木質(zhì)素之間，結(jié)構(gòu)比較復(fù)

43、雜，在酸性水溶液中加熱時，能發(fā)生水解反應(yīng)，而且比纖維素水解容易，水解速度也快得多，水解產(chǎn)物主要是單趟。其水解特性，對將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體燃料有一定價值。 木質(zhì)素是一類以苯基丙烷單體為骨架，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無定形高分子化合物，木質(zhì)素為白色或接近紅色。不同植物的木質(zhì)素含量、組成和結(jié)構(gòu)不盡相同，在常溫下木質(zhì)素主要部分不溶于任何有機(jī)溶劑，它是非晶體，沒有熔點(diǎn)，但有軟化點(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)70～110℃左右時，木質(zhì)素發(fā)生軟化，黏合力增加；在200～300℃時，軟化程度加劇，進(jìn)而液化，此刻施加一定壓力，可使其與纖維素緊密黏結(jié)。在熱壓縮過程中，無需黏結(jié)劑，即可得到與擠壓模具相同形狀的成型棒狀或顆粒燃料。大部分纖維素生

44、物質(zhì)都具有被壓縮成型的基本條件，但在壓縮成型之前，一般需要進(jìn)行預(yù)處理，如粉碎、干燥（或浸泡）等，而鋸末、稻殼無需再粉碎，但要清除尺寸較大的異物。 2.4 生物質(zhì)壓縮成型原理 由于植物生理方面的原因，生物質(zhì)原料的結(jié)構(gòu)通常都比較疏松，密度較小。這些質(zhì)地松散的生物質(zhì)原料在受到一定的外部壓力后，原料顆粒先后經(jīng)歷重新排列位置關(guān)系、顆粒機(jī)械變形和塑性流變等階段，體積大幅度減小，密度顯著增大。在水分存在時，用較小的作用力即可使纖維素形成一定的形狀；當(dāng)含水率在10％左右時，需施較大的壓力才能使其成型，但成型后結(jié)構(gòu)牢固。由于非彈性或黏彈性的纖維分子之間相互纏繞和絞合，在去除外部壓力后，一般不能再恢復(fù)原來的

45、結(jié)構(gòu)形狀。 對于木質(zhì)素等黏彈性組分含量較高的原料，如果成型溫度達(dá)到木質(zhì)素的軟化點(diǎn)，則木質(zhì)素就會發(fā)生塑性變形，從而將原料纖維緊密地黏結(jié)在一起，并維持既定的形狀。成型燃料塊經(jīng)冷卻降溫后，強(qiáng)度增大，即可得到燃燒性能類似于木材的生物質(zhì)成型燃燒塊。對于木質(zhì)素含量較低的原料，在壓縮成型過程中，加入少量的諸如粘土、淀粉、廢紙漿等無機(jī)、有機(jī)和纖維類黏結(jié)劑，也可以使壓縮后成型塊維持致密的結(jié)構(gòu)和既定的形狀。因?yàn)檫@些黏結(jié)劑加入后，生物質(zhì)粒子表面會形成一種吸附層，使顆粒之間產(chǎn)生一種引力（即范德華力），同時在較小外力作用下粒子之間也可產(chǎn)生靜電引力，致使生物質(zhì)粒子間形成連鎖結(jié)構(gòu)。 被粉碎了生物質(zhì)粒子在外壓力和黏結(jié)劑作

46、用下，重新組合成具有一定形狀的生物質(zhì)成型塊，這種成型方法需要的壓力比較小。對于某些容易成型的材料則不必加熱，也不必加黏結(jié)劑，但在粉碎顆粒需要細(xì)小，成型壓力需要大，滾筒擠壓式小顆粒成型實(shí)際就是這種類型。 2.5 壓縮成型工藝類型及階段 壓縮成型工藝過程可分為3個階段：成型前的準(zhǔn)備、壓縮成型過程各壓后處理。 1）成型前的準(zhǔn)備 熱固性塑料較吸濕，且比體積較大，為了使成型能順利，并保證塑件的質(zhì)量和產(chǎn)量，需對原料進(jìn)行預(yù)熱處理，有些情況下還需對原料進(jìn)行預(yù)壓處理。 預(yù)熱 。成型前熱固性塑料原料要進(jìn)行預(yù)熱處理，目的是去除原料中的水分和其他揮發(fā)物，同時提高料溫，便于縮短成型同期。生產(chǎn)中常用電熱烘

47、箱進(jìn)行預(yù)熱處理。 預(yù)壓。在室溫下將松散的熱固性塑料用預(yù)壓模在液壓機(jī)上壓成重量一定、形狀一致的型坯，形坯的形狀最好能緊湊地放入模具開腔中，通常為片狀或塊狀。 2）壓縮成型過程 熱固性塑料壓縮成型過程包括：加料、合模、排氣、固化、脫模、清模等幾個階段，若成型帶有甘苦嵌件的塑件，加料前應(yīng)預(yù)熱嵌件，并將其安放并定位于模具內(nèi)。 ①嵌件的安放。安放嵌件一般是用鑷子或?qū)Ｓ霉ぞ?，也可手工安放。安放嵌件的要求位置正確且平穩(wěn)，以成型過程出現(xiàn)移動而導(dǎo)致廢品甚致?lián)p壞模具。 ②加料。在模具加料腔中加入已經(jīng)預(yù)熱或定量的熱固性塑料原料，定量加料的方法有重量法、容積法、計(jì)數(shù)法3種。重量法準(zhǔn)確，但操作麻煩；容積法雖然

48、沒有重量法準(zhǔn)確，但操作方便；計(jì)數(shù)法只能用于加預(yù)壓坯料。 ③合模。加料完后便合模。在凸模尚未接觸物 料前合模速度盡量要快，以縮短成型周期，避免塑料過早固化和過多降解；當(dāng)凸模接觸物料后速度要慢，以避免模具中的嵌件、成型桿或型腔損壞。另外，慢速還有利于模具的排氣。當(dāng)模具閉合后可加大壓力（通常為15—35MPa）,同時對模具進(jìn)行加熱。合模所需的時間一般為幾秒至幾十秒。 ④排氣。在模具閉合后有進(jìn)還需卸壓，將凸模松動少許時間，，以便排出模具中的氣體。排氣不但可以縮短固化時間，而且還可避免塑件內(nèi)出現(xiàn)氣泡和分層現(xiàn)象，從而提高塑件性能和表面質(zhì)量。排氣的次數(shù)和時間按需要確定，一般次數(shù)為1—2次，每次時間為幾秒

49、至20秒。 ⑤固化。在排氣結(jié)束后，再次將壓力升高到一定數(shù)值，并在成型溫度下保持一定時間，使其性能達(dá)到最佳狀態(tài)。固化速率不高的塑料，可縮短模內(nèi)固化時間，在模外的烘箱內(nèi)繼續(xù)完成固化。通常酚酫塑料的后烘溫度為90℃—150℃，時間一般為幾個小時至幾十個小時。模內(nèi)固化時間取決于塑料的種類、塑件的厚度、物料的形狀、預(yù)熱和成型的溫度等，一般為30秒至幾分鐘。具體固化時間由實(shí)驗(yàn)方法確定，過長或過短對塑件的性能都不利。 ⑥脫模。在固化完成后為了使塑件從模具型腔中脫出，通常用推出機(jī)構(gòu)將塑件推出模外，帶有側(cè)型心時，應(yīng)用專門工具或手工具先將它們?nèi)〕?，然后再進(jìn)行脫模。 ⑦清模。在熱固性塑料脫模后，模內(nèi)如果留有一

50、些碎料或飛邊等，會影響下一次塑件的成形質(zhì)量甚至造成廢品。而模具的清理是銅刷、壓縮空氣或其他工具將這些雜物清理到模具外。 3）壓后處理 熱固性塑料壓縮成型后，為了進(jìn)一步提高質(zhì)量，對某些塑件還需進(jìn)行后處理。一般是將其置于較高的溫度環(huán)境中保溫一段時間。后處理能使塑料固化更完全，同時可減少或消除塑件的內(nèi)應(yīng)力，減少水分及揮發(fā)物等，有利于提高塑件的電性能及強(qiáng)度。 壓縮成型工藝參數(shù)主要是指壓縮成型壓力、溫度和壓縮時間。 1）壓縮成型壓力是指壓縮成型時液壓機(jī)通過凸模對塑料熔體充滿型腔和固化時，在分型面單位投影面積上施加的壓力，簡稱成型壓力。 施加成型壓力的目的是：促使物料流動充模，增大塑件的密度，提

51、高塑件的成型質(zhì)量；克服塑料樹脂在成型過程中因化學(xué)變化釋放的低分子物質(zhì)及塑料中持水分蒸發(fā)等產(chǎn)生的漲模力，使模具閉合；保證塑件具有穩(wěn)定的尺寸、形狀，減少飛邊，防止塑件變形。但過大的成型壓力會降低模具的使用壽命。壓縮成型壓力的大小與塑料的性能、塑件的結(jié)構(gòu)形狀信模具溫度等因素有關(guān)，一般情況下塑料的流動性越差，塑件越厚以及形狀越復(fù)雜，塑料固化速度和壓縮比越大，所需要的成型壓力越大。常見塑料的成型壓力表。 2）壓縮成型溫度 壓縮成型溫度是指壓縮成型所需的模具溫度。它是使熱固性塑料流動、充模及固化成型的主要影響因素，它決定了成型過程中聚合物交聯(lián)反應(yīng)的速度，從而影響塑件的性能。 熱固性塑料隨溫度的變化其

52、粘度和流動性會發(fā)生很大變化。溫度升高，塑料從固態(tài)逐漸變成熔體，粘度由大變小，流動性能提高。然后交聯(lián)反應(yīng)開始，隨溫度的繼續(xù)升高，交聯(lián)反應(yīng)速度增大，熔體粘度由小變大，流動性能下降。因此，在閉模生迅速增大成型壓力，使塑料在溫度還不很高、流動性能較好時充滿型腔是非常重要的。溫度升高能加快熱固性塑料交聯(lián)反應(yīng)速度，縮短固化時間，從而縮短壓縮周期。但是，過高的溫度會造成固化速度太快而塑料流動性迅速下降，易引起充模不足，特別是形狀復(fù)雜的深腔、薄壁塑件。溫度過高還可能引起物料分解、變色而使塑件表面顏色暗淡。另外，高溫下外層固化要比內(nèi)層快得多，從而使內(nèi)層揮發(fā)物質(zhì)難以排除，這不僅會降低塑件的力學(xué)性能，而且會使塑件產(chǎn)

53、生變形、腫脹、開裂、翹曲等缺陷。因此在成型厚度較大的塑件時，往往不是提高溫度，而是在降低溫度下延長時間。但溫度過低會導(dǎo)致固化速度慢且固化不完全。生物質(zhì)壓縮成型工藝形成有多種，根據(jù)主要工藝特征的區(qū)別，可劃分為濕壓成型、熱壓成型和炭化成型三種基本類型。 圖2.3 生物質(zhì)壓縮成型及炭化工藝類型 1. 濕壓成型 濕壓成型工藝常用含水量較高的原料，可將原料水浸數(shù)日后將水?dāng)D走，或?qū)⒃蠂娝?，加黏結(jié)劑攪拌均勻。一般是原料從濕壓成型機(jī)進(jìn)料口進(jìn)入成型室，在成型室內(nèi)，原料在壓輥或壓模的轉(zhuǎn)動作用下，進(jìn)入壓輥與壓模之間，然后被擠入成型孔，從成型孔擠出的原料已被擠壓成型，用切斷刀切割成一定長度的顆粒從機(jī)內(nèi)排出

54、，再進(jìn)行烘干處理。 濕壓成型燃料塊密度通常較低。濕壓成型一般設(shè)備比較簡單，容易操作，但是成型部件磨損較快，烘干費(fèi)用高，多數(shù)產(chǎn)品燃燒性能較差。盡管濕壓成型有環(huán)模成型、平模成型，對輥成型、刮板成型、齒輪成型等多種機(jī)具類型，但目前應(yīng)用范圍不廣，在東南亞國家和日本等地有些小規(guī)模的生產(chǎn)廠家。 2. 熱壓成型 熱壓成型是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。其工藝過程一般為：原料粉碎→干燥混合→擠壓成型→冷卻包裝等幾個環(huán)節(jié)。由于原料的種類、粒度、含水率、成型壓力、成型溫度、成型方式、成型模具的形狀和尺寸等因素對成型工藝過程和產(chǎn)品的性能都有一定的影響，所以具體的生產(chǎn)工藝流程以及成型機(jī)結(jié)構(gòu)和原理也有一定的差

55、別。但是在各種熱壓成型方式中，擠壓成型環(huán)節(jié)都是關(guān)鍵的作業(yè)步驟。 目前，熱壓成型工藝中采用的成型機(jī)主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動活塞式成型機(jī)、液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)等幾種形式。其中螺旋擠壓式成型機(jī)采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常調(diào)整在220～280℃之間。為了避免成型過程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般要將原料含水率控制在8％～12％之間。在擠壓過程中，原料與成型部的摩擦雖能生熱，但滿足不了成型溫度的要求，因而需采用電熱元件等對成型部位進(jìn)行加熱。現(xiàn)在，有關(guān)研制單位試用原料在進(jìn)入成型機(jī)之前，對其進(jìn)行預(yù)加熱（到100℃左右），以減輕成型部件的磨損。 螺旋擠壓機(jī)產(chǎn)出的成型塊通

56、常為空心燃料棒（有利汽化氣的排出），其密度一般在1.0～1.4噸每立方米之間。液壓或機(jī)械驅(qū)動的活塞式成型機(jī)通常用于生產(chǎn)實(shí)心燃料棒或燃料塊，其密度通常介于0.8～1.1噸每立方米之間，其中液壓驅(qū)動的活塞式成型機(jī)對原料的含水率的要去不高，允許原料含水率高達(dá)20％左右。 3. 炭化成型工藝 炭化成型工藝的基本特征是，首先將生物質(zhì)原料炭化或部分炭化，然后再加入一定量的黏結(jié)劑擠壓成型。由于原料纖維結(jié)構(gòu)的炭化過程中受到破壞，高分子組分受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭，并釋放出揮發(fā)分（包括可燃?xì)怏w、木醋液和焦油等），因而其擠壓加工性能得到改善，成型部件的機(jī)械磨損和擠壓加工過程中的功率消耗明顯降低。但是，炭化后的原料在擠

57、壓成型后維持既定形狀的能力較差，儲存、運(yùn)輸和使用時容易開裂或破碎，所以采用炭化成型工藝時，一般都要加入一定量的黏結(jié)劑。如果成型過程中不使用黏結(jié)劑，要保護(hù)成型塊的儲存和使用性能，則需要較高的成型壓力，這將明顯提高成型機(jī)的造價。 4. 黏結(jié)劑 為了使成型塊在運(yùn)輸儲存和使用時不致破損、裂開，并具有良好的燃燒性能，理想的黏結(jié)劑必須能夠保證成型炭塊具有足夠的強(qiáng)度和抗潮解性，而且在燃燒時不產(chǎn)生煙塵和異味，最后黏結(jié)劑本身也可以燃燒。常用的黏結(jié)劑可分為無機(jī)黏結(jié)劑、有機(jī)黏結(jié)劑和纖維類黏結(jié)劑三類。其中無機(jī)黏結(jié)劑（如水泥、粘土和水玻璃等）雖然具有一定的黏結(jié)能力，但這類黏結(jié)劑會增大燃料的灰分含量，降低燃料的熱值，

58、而且在炭塊燃燒時會產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，所以使用效果較差。有機(jī)黏結(jié)劑（如焦油、瀝青、樹脂和淀粉等）也具有較強(qiáng)的黏結(jié)能力，淀粉黏結(jié)劑使用量一般為4％左右，雖然在燃燒時不產(chǎn)生煙氣，但其抗潮解能力較差。以焦油、瀝青和糖漿肥料作為黏結(jié)劑使用時，用量大約為30％，這類黏結(jié)劑的抗潮解能力較強(qiáng)，但在燃燒時會產(chǎn)生一定的煙氣和異味。纖維類黏結(jié)劑（如廢紙漿和水解木纖維等工業(yè)廢棄物）價格低廉，而且具有較好的黏結(jié)能力，使用這一類黏結(jié)劑生產(chǎn)的成型炭可以采用自然干燥，而不必進(jìn)行人工干燥。 2.6 生物質(zhì)壓縮成型工藝流程 圖2.4 生物質(zhì)壓縮成型工藝流程 1. 生物質(zhì)收集 生物質(zhì)收集是十分重要的工作。在工廠化加工的

59、條件下要考慮三個問題：一是加工廠的服務(wù)半徑；二是農(nóng)戶供給加工廠原料的形式，是整體式還是初加工包裝式；三是原料的枯萎度，也就是原料在田間經(jīng)風(fēng)吹、日曬、自然狀態(tài)脫水程度。如果不是機(jī)械收割、打捆、枯萎度大點(diǎn)好。另外要特別注意收集過程中盡可能少夾帶泥土，泥土多了，容易造成燃燒時結(jié)渣。機(jī)械化收集可解決這一問題。 2. 物料粉碎 粉碎時壓縮成型前對物料的基本處理，粉碎質(zhì)量好壞直接影響成型機(jī)的性能及產(chǎn)品質(zhì)量。例如在顆粒成型過程中，如果原料的麗都過大，則原料必須再成型及內(nèi)碾碎以后才能進(jìn)入成型孔，這樣成型時就要消耗大量功率。在顆粒成型過程中，成型機(jī)也能進(jìn)行一定的粉碎作業(yè)，但不會像粉碎機(jī)那樣高效率進(jìn)行，因此要

60、求粉碎作業(yè)盡可能在粉碎機(jī)上完成。不是對所有供給壓縮成型的物料都需進(jìn)行粉碎作業(yè)，如利用鋸末、稻殼等為原料進(jìn)行熱壓成型時，往往只從原料中清除尺寸較大的異物，不進(jìn)行粉碎即可壓縮成型。但是對于一般木屑、樹皮及植物秸稈等尺寸較大的農(nóng)林廢棄物，都要進(jìn)行粉碎作業(yè)，而且常常進(jìn)行兩次以上粉碎，并在粉碎工序中間插入干燥工序，以增加粉碎效果。 對于種類較為繁雜，尺寸較大的原料往往進(jìn)行三次粉碎作業(yè)。第一次粉碎只能起到將原料尺寸勻整的作用，經(jīng)過二次粉碎、干燥及三次粉碎以后才能滿足成型機(jī)對原料粒度的要求。對于顆粒成型燃料，一般需要將90％左右的原料粉碎至2mm以下，經(jīng)過二次粉碎才能將原料粉碎到5mm以下，有時不得不進(jìn)行

61、三次粉碎。 粉碎作業(yè)用得最多的是錘片式粉碎機(jī)。對于樹皮、碎木屑、植物秸稈等，錘片式粉碎機(jī)能夠較為理想地完成粉碎作業(yè)。粉碎物的粒度大小可用改換不同開機(jī)大小凹版來實(shí)現(xiàn)。但是對于較粗大的木材廢料，一般先用木材切片機(jī)切成小片，再用錘片式粉碎機(jī)將其粉碎。 3. 干燥 成型（燃料及飼料）中水分含量很重要，國內(nèi)外使用的都是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不是理論計(jì)算數(shù)據(jù)。水分含量超過經(jīng)驗(yàn)上限值時，加工過程中，溫度升高，體積突然膨脹，易產(chǎn)生爆炸，造成事故；若水分含量過低，會使范德華力降低，以致成型成問題。因此生物質(zhì)原料粉碎后，要有一個脫水程序。最佳濕度在10％～15％，但活塞式成型機(jī)因其加工過程是間斷式的，因此可以適當(dāng)高些（

62、16％～20％）。 通過干燥作業(yè)，使原料的含水率減少到成型所要求的范圍內(nèi)。與熱壓成型機(jī)配套使用的干燥機(jī)主要有回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)、立式氣流干燥機(jī)等。 （1）回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機(jī) 回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)有熱風(fēng)發(fā)生爐、干燥筒、進(jìn)料裝置、出料裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)等組成。原料從進(jìn)料口進(jìn)入干燥筒，干燥筒在驅(qū)動機(jī)構(gòu)作用下作低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動。干燥筒向出口方向下傾2°～10°，并在筒內(nèi)安裝有抄板。物料在隨干燥筒回轉(zhuǎn)時被抄起后落下，由熱風(fēng)發(fā)生爐產(chǎn)生的熱風(fēng)對物料進(jìn)行加熱干燥，同時由于干燥筒的傾斜及回轉(zhuǎn)作用原料被移送到出料口然后排出機(jī)外。 回轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)按干燥筒內(nèi)物料與氣流的流動方向可分為逆流操作和順流操作。根據(jù)被干燥物料的特性和最

63、終要求的含水量，來選擇物料的流向和設(shè)備的組裝。逆流操作時，物料和加熱氣流相向流動，干燥器內(nèi)傳熱與傳質(zhì)推動力比較均勻，適用于不允許快速干燥的熱敏性物料，逆流操作被干燥物料的含水率較低。順流操作使用于原料含水量較高、允許干燥速度快、在干燥過程中不分解、能耐高溫的非熱敏性物料。對于壓縮成型的植物材料，一般采用順流操作。 回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)具有生產(chǎn)能力大，運(yùn)行可靠，操作容易，適應(yīng)性強(qiáng)，流體阻力小，動力消耗小等一系列優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，體積龐大，一次性投資多，占地面積大。 （2）立式氣流干燥設(shè)備 立式氣流干燥設(shè)備由熱風(fēng)發(fā)生爐、進(jìn)料裝置、干燥輸送管道、離心分離器及風(fēng)機(jī)等組成。由熱風(fēng)發(fā)生爐產(chǎn)生的熱風(fēng)在

64、抽風(fēng)機(jī)的作用下，被吸入干燥管道內(nèi)。同時，被干燥的原料也由加料口加入與熱風(fēng)匯合，在干燥管內(nèi)，熱風(fēng)和原料充分混合并向前運(yùn)動。在熱風(fēng)的作用下原料很快被加熱，原料的水分散發(fā)，最后完成干燥。干燥以后的原料被吸入離心分離器分離，濕空氣被風(fēng)機(jī)抽出排放，原料經(jīng)出料口排出。 氣流干燥機(jī)由于原料在氣流中的分散性好，干燥的有效面積大，干燥強(qiáng)度大，生產(chǎn)能力大，所以干燥時間可以大大減少。在干燥過程中，采用順流操作，入口處氣溫高，但原料的濕度大，能充分利用氣體的熱能，所以熱效率高。另外，氣流干燥還具有設(shè)備簡單、占地面積小、一次性投資少等優(yōu)點(diǎn)，并且可以同時完成輸送作業(yè)，能夠簡化工藝流程，便于實(shí)現(xiàn)自動作業(yè)。 4. 預(yù)壓縮

65、 是為了提高生產(chǎn)率，即在推進(jìn)器“進(jìn)刀”前先把松散的物質(zhì)預(yù)壓一下，然后推到成型模前，被主推進(jìn)器推到“模子”中壓縮成型。預(yù)壓多采用螺旋推進(jìn)器、液壓推進(jìn)器，也有用手工預(yù)壓的，這與要求的產(chǎn)量有關(guān)，生產(chǎn)單位可以自主選擇。 5. 壓縮 “成型?！笔巧镔|(zhì)成型的關(guān)鍵部件，它的內(nèi)壁是前大后小的錐形，物料進(jìn)入模具后要受三種力，即機(jī)器主推力、摩擦力、模具壁的向心反作用壓力。影響大小的是和密度、直徑等。影響大小的是夾角和模具溫度。夾角越大，越大，密度也要加大，動力也要加大，因而夾角設(shè)計(jì)是關(guān)鍵因素，它隨著直徑和密度、材料種類有不同的要求。為了便于調(diào)整“模子”，設(shè)計(jì)有內(nèi)模和外模，外模是不變的，內(nèi)模是可以調(diào)換的。的

66、確定需經(jīng)過試驗(yàn)，一般從3°開始，用插入辦法調(diào)試。 6. 加熱 生物質(zhì)原料壓縮成型過程中的加熱，一方面可使原料中含有的木質(zhì)素軟化，起到黏結(jié)劑的作用；另一方面還可使原料本身變軟，容易壓縮。除此之外，加熱溫度對成型機(jī)的工作效率也產(chǎn)生影響。對于棒狀燃料成型機(jī)，當(dāng)機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸確定后，加熱溫度就應(yīng)該調(diào)整到一個合理的范圍。溫度過低，不但原料不能成型，而且功耗增加；溫度增高，電機(jī)功耗減小，但成型壓力減小，成型物擠壓不實(shí)，密度變小，容易斷裂破損。該機(jī)型的加熱溫度一般調(diào)整在150～300℃之間，使用者需根據(jù)原料的形態(tài)進(jìn)行調(diào)整。顆粒燃料成型雖然沒有外熱源加熱，但在成型過程中，原料和機(jī)器工作部件之間的摩擦作用也可以將原料加熱到100℃左右，同樣可使原料所含木質(zhì)素軟化，起到黏結(jié)作用。 模具溫度采用電阻絲來控制，應(yīng)先預(yù)熱后開機(jī)。也有不加熱的。例如用螺旋擠壓式時，只要動力設(shè)計(jì)的足夠大，錐角比較大，就可以產(chǎn)生較大的摩擦力，產(chǎn)生的摩擦熱完全可以供成型使用。但這種方法會增大動力消耗，增大螺旋頭和模具磨損，一般30～50h就要更換螺旋頭。如果使用這種高壓方式，宜先進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，然后再設(shè)計(jì)。 7. 加黏結(jié)劑 加入